블랙홀 지평선 너머엔 무엇이 있나

빛조차 빠져나오지 못하는 경계가 있습니다. 그 너머를 본 사람은 아무도 없습니다. 그래도 물리학은 놀라운 답을 내놓고 있습니다.

사건의 지평선이란 무엇인가

1916년 카를 슈바르츠실트가 아인슈타인 방정식의 해를 찾았습니다. 그 해 속에 기묘한 경계가 숨어 있었습니다.

그 경계가 바로 사건의 지평선입니다. 탈출 속도가 빛의 속도와 같아지는 지점입니다.

태양을 이 크기로 압축하면 반지름이 약 3km가 됩니다. 지구라면 약 9mm, 구슬 하나 크기입니다.

지평선은 단단한 벽이 아닙니다. 지나가는 순간에는 아무 느낌도 없을 수 있습니다. 다만 다시는 돌아올 수 없을 뿐입니다.

2019년 사건지평선망원경 연구진이 M87 은하 중심의 그림자를 공개했습니다. 인류가 처음 본 블랙홀의 모습이었습니다.

2022년에는 우리 은하 중심의 궁수자리 A*도 촬영됐습니다. 둘 다 빛나는 고리 안에 검은 그림자가 있었습니다.

2015년 LIGO는 두 블랙홀이 합쳐지며 낸 중력파를 잡아냈습니다. 블랙홀은 이제 관측된 사실입니다.

지평선 안에서는 공간과 시간의 역할이 뒤바뀐다고 해석됩니다. 중심을 향하는 것이 곧 미래가 됩니다.

그래서 어떤 방향으로 움직여도 결국 중심에 닿습니다. 내일을 피할 수 없듯 중심도 피할 수 없습니다.

작은 블랙홀이라면 조석력이 몸을 길게 늘입니다. 과학자들은 이를 스파게티화라고 부릅니다.

반대로 초대질량 블랙홀은 지평선 부근이 비교적 평온합니다. 경계를 넘고 한참 뒤에야 변화를 느낍니다.

"블랙홀은 털이 없다." 질량, 회전, 전하만 남는다는 비유다.

일반상대성이론은 중심에서 밀도가 무한대가 된다고 계산합니다. 이것이 특이점입니다.

하지만 많은 물리학자는 이를 이론이 무너지는 신호로 봅니다. 실제 무한이 존재한다는 뜻은 아니라는 겁니다.

로저 펜로즈는 특이점 형성이 피할 수 없음을 수학으로 보였습니다. 그는 2020년 노벨 물리학상을 받았습니다.

중심을 제대로 설명하려면 양자중력 이론이 필요합니다. 그 이론은 아직 완성되지 않았습니다.

탈출 불가 경계 = 사건의 지평선
무한 밀도 계산 = 이론의 한계 신호

1974년 스티븐 호킹은 블랙홀이 아주 천천히 증발한다고 계산했습니다. 이른바 호킹 복사입니다.

그렇다면 삼킨 정보는 어디로 갈까요. 이것이 정보 역설이며 지금도 논쟁 중입니다.

정답은 아직 없습니다. 그러나 질문이 분명해진 것만으로도 큰 진전입니다.

출처: EHT 공개 자료, LIGO, 노벨위원회. 가설 부분은 학계 합의 전 내용이며 해석을 포함합니다.